Телескоп JWST сделал первые прямые снимки углекислого газа за пределами Солнечной системы

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) сделал свои первые прямые снимки углекислого газа на планете за пределами Солнечной системы в системе HR 8799 — многопланетной системе, расположенной в 130 световых годах от нас, которая долгое время была важной целью для исследований формирования планет. Наблюдения предоставляют весомые доказательства того, что четыре гигантские планеты этой системы образовались таким же способом, как Юпитер и Сатурн, медленно строя твердые ядра.

Они также подтверждают, что JWST способен не только определять состав атмосферы по измерениям света звезд, но и непосредственно анализировать химию атмосфер экзопланет. «Обнаружив эти яркие признаки углекислого газа, мы показали, что в атмосферах этих планет содержится значительная доля более тяжелых элементов, таких как углерод, кислород и железо. Учитывая, что мы знаем о звезде, вокруг которой они вращаются, это, вероятно, указывает на то, что они образовались методом аккреции ядра, что является захватывающим выводом для планет, которые мы можем непосредственно наблюдать», — сказал Уильям Бальмер, астрофизик из Университета Джона Хопкинса, возглавивший исследование.

Анализ наблюдений, который также включал систему 51 Эридани, расположенную в 96 световых годах от нас, был опубликован в журнале The Astrophysical Journal. HR 8799 — это молодая система, возраст которой составляет около 30 миллионов лет, что составляет лишь небольшую долю возраста нашей Солнечной системы — 4,6 миллиарда лет. Все еще горячие после их бурного формирования, планеты системы HR 8799 излучают большие количества инфракрасного света, что дает ученым ценную информацию о том, как их формирование соотносится с формированием звезд или коричневых карликов. Гигантские планеты могут образовываться двумя способами: медленно создавая твердые ядра, которые притягивают газ, как в нашей Солнечной системе, или быстро сжимаются из охлаждающегося диска молодой звезды в массивные объекты.

Понимание того, какой из этих процессов более распространен, может дать ученым подсказки для различения типов планет, которые они находят в других системах. «Наша цель с этим исследованием — понять нашу собственную Солнечную систему, жизнь и себя в сравнении с другими экзопланетарными системами, чтобы мы могли контекстуализировать наше существование», — сказал Бальмер. «Мы хотим делать снимки других солнечных систем и увидеть, как они схожи или отличаются от нашей. С этого момента мы можем попытаться понять, насколько необычна наша Солнечная система или, наоборот, насколько она обычна». Очень немногие экзопланеты были сняты напрямую, поскольку далекие планеты в тысячи раз тусклее своих звезд.

Сделав прямые снимки на специфических длинах волн, доступных только с помощью Webb, команда прокладывает путь к более подробным наблюдениям, чтобы определить, являются ли объекты, которые они видят, вращающимися вокруг других звезд, действительно гигантскими планетами или объектами, такими как коричневые карлики, которые формируются как звезды, но не накапливают достаточно массы, чтобы запустить ядерный синтез. «У нас есть другие косвенные доказательства того, что эти четыре планеты в системе HR 8799 образовались с использованием метода снизу вверх», — сказал Лоран Пюео, астроном из Института науки о космическом телескопе, который совместно возглавил исследование. «Насколько это часто встречается среди долгопериодных планет, которые мы можем непосредственно наблюдать? Мы еще не знаем, но мы предлагаем дополнительные наблюдения с помощью Webb, вдохновленные нашими диагностическими данными по углекислому газу, чтобы ответить на этот вопрос». Достижение стало возможным благодаря коронографам Webb, которые блокируют свет от ярких звезд, как при солнечном затмении, чтобы раскрыть скрытые миры.

Это позволило команде искать инфракрасный свет на длинах волн, которые показывают специфические газы и другие атмосферные детали. Нацелившись на диапазон длин волн 3-5 микрометров, команда обнаружила, что четыре планеты системы HR 8799 содержат больше тяжелых элементов, чем предполагалось ранее, что является еще одним указанием на то, что они образовались таким же образом, как гигантские планеты нашей Солнечной системы. Наблюдения также привели к первому в истории обнаружению самой внутренней планеты системы, HR 8799 e, на длине волны 4,6 микрометра, а также планеты 51 Эридани b на длине волны 4,1 микрометра, что демонстрирует чувствительность Webb к наблюдениям тусклых планет рядом с яркими звездами. В 2022 году одна из ключевых техник наблюдения Webb косвенно обнаружила углекислый газ в другой экзопланете, называемой WASP-39 b, отслеживая, как ее атмосфера изменяла свет звезды, когда она проходила перед ней.

«Это то, что ученые делали для транзитных планет или изолированных коричневых карликов с момента запуска JWST», — сказал Пюео. Реми Суммер, директор Оптической лаборатории Института науки о космическом телескопе и ранее руководивший операциями коронографов Webb, добавил: «Мы знали, что JWST может измерять цвета внешних планет в системах, которые можно напрямую наблюдать. Мы ждали 10 лет, чтобы подтвердить, что наши точно настроенные операции телескопа также позволят нам исследовать внутренние планеты. Теперь результаты налицо, и мы можем заниматься интересной наукой». Команда надеется использовать коронографы Webb для анализа других гигантских планет и сравнения их состава с теоретическими моделями. «Эти гигантские планеты имеют большое значение», — сказал Бальмер. «Если у вас есть эти огромные планеты, которые ведут себя как боулинг-шары, катящиеся по вашей солнечной системе, они могут либо сильно нарушить, либо защитить, или сделать и то, и другое для планет, подобных нашей. Поэтому понимание их формирования — важный шаг в понимании формирования, выживания и обитаемости планет, похожих на Землю, в будущем».

• ИИ определяет массу самых энергичных частиц космического излучения
• Новая теория предполагает, что слияния звезд производят частицы с самой высокой энергией во Вселенной
• Частный лунный посадочный аппарат Blue Ghost успешно приземлился на Луне с особой доставкой для NASA
• Почему опасные астероиды, такие как 2024 YR4, будут беспокоить Землю в течение десятилетий
• Новое топливо выдерживает условия работы ядерного термоядерного двигателя
• Новая возможность определять источники быстрых радиовсплесков
• Новые события поведение черной дыры
• Рождение нового джета